Идентификатор фазового состояния потока («ИФС»)

Описание

Проблема индикации свободного газа в потоке нефти, транспортируемой по трубопроводу, остается актуальной, поскольку влияет на качество нефти. В настоящее время одним из наиболее доступных измерителей содержания остаточного газа в нефти является индикатор фазового состояния потока ИФС-1В-700М.

Действие прибора основано на измерении затухания ультразвуковых волн при их распространении в жидкости, содержащей газ. Анализ физики процесса показывает, что принцип действия прибора основан на предположении о пропорциональности поглощения ультразвука и содержания газа в жидкости. Известно,  что при поглощении средой энергии проходящей волны происходит преобразование энергии волны в другие виды энергии (внутреннюю энергию среды).

Анализ физики процесса показал, что при распространении ультразвуковой волны в неоднородной (гетерогенной) среде (нефть, с содержащимися в ней пузырьками газа), основную роль играет не поглощение, а рассеивание ультразвуковых волн на неоднородностях среды.

Скорость распространения звука в газе ниже, чем в жидкости, поэтому в соответствии с принципом Гюйгенса, угол падения будет больше, чем угол преломления. Все волны, проходящие через газовый пузырь, сильно отклоняются от первоначального направления. Не испытывает отклонения только волна, попадающая точно в центр, но такие волны составляют очень малую долю от всех падающих на пузырек волн.

Рассеивание волн зависит от неоднородности (пузырька). При одном и том же содержании газа, но различном размере пузырьков (степени растворенности газа), рассеяние будут различным (прибор, измеряющий поглощение, покажет различное содержание газа в жидкости).

Необходимо отметить, что ультразвуковой волны, по существу, нет, поскольку в существующих приборах генерируется последовательность прямоугольных импульсов с частотой повторения 1кГц. Затем из этих импульсов формируются импульсы длительностью 10-7 с. Такой короткий импульс не является монохроматической волной, такая волна является суперпозицией монохроматических волн близких, но различающихся по длине (суперпозицией гармоник). При прохождении неоднородной среды различные составляющие такой немонохроматической волны будут рассеиваться по разному и результат их сложения в той точке, где расположен приемник, будет еще больше отклоняться от закона поглощения.

Для определения содержания остаточного газа в нефти предлагается использовать метод, основанный на измерении не поглощения средой энергии ультразвуковой волны, а на измерении скорости распространении звука в среде. В таблице 1 представлен результат расчета скорости прохождения звука в различных средах.

Таблица 1 - Скорость звука в некоторых средах

Среда Скорость звука, м/с Время задержки, мкс 
Вода 1490 67
Воздух 331 302
Метан 430 232
Бензол 1324 75
Глицерин 1923 52

Из таблицы видно, что скорость распространения звука в различных средах различна. Сжимаемость нефтегазовой смеси, зависит от относительного объемного содержания газа (чем больше газа, тем выше сжимаемость жидкости). Скорость распространения звука зависит от сжимаемости нефтегазовой смеси, которая, в свою очередь, зависит от относительного объемного содержания газа.

На рисунке 1 представлено устройство измерения затухания звуковой волны при прохождении расстояния 2L.



Рисунок 1 - Принципиальная схема прибора


Условные обозначения:

1 – генератор возбуждающих импульсов

2 – генератор запускающих импульсов

3 – приемник

4 – генератор селекторных импульсов

5 – временной селектор


Сертификаты и патенты

Внимание! Инновационность проектов доказана новизной технических решений, используемых в конструкции фильтров, установлена государственной экспертизой – специалистами Федерального Института Промышленной Собственности, и зарегистрирована в патентах на изобретения.

2375707

Плагины Joomla